DE69830695T2 - Gerät zur optischen Übertragung im freien Raum - Google Patents

Gerät zur optischen Übertragung im freien Raum Download PDF

Info

Publication number
DE69830695T2
DE69830695T2 DE69830695T DE69830695T DE69830695T2 DE 69830695 T2 DE69830695 T2 DE 69830695T2 DE 69830695 T DE69830695 T DE 69830695T DE 69830695 T DE69830695 T DE 69830695T DE 69830695 T2 DE69830695 T2 DE 69830695T2
Authority
DE
Germany
Prior art keywords
signal
light
output
optical system
partner
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Expired - Lifetime
Application number
DE69830695T
Other languages
English (en)
Other versions
DE69830695D1 (de
Inventor
Tetsuo Sakanaka
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Canon Inc
Original Assignee
Canon Inc
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Canon Inc filed Critical Canon Inc
Publication of DE69830695D1 publication Critical patent/DE69830695D1/de
Application granted granted Critical
Publication of DE69830695T2 publication Critical patent/DE69830695T2/de
Anticipated expiration legal-status Critical
Expired - Lifetime legal-status Critical Current

Links

Classifications

    • HELECTRICITY
    • H04ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04BTRANSMISSION
    • H04B10/00Transmission systems employing electromagnetic waves other than radio-waves, e.g. infrared, visible or ultraviolet light, or employing corpuscular radiation, e.g. quantum communication
    • H04B10/11Arrangements specific to free-space transmission, i.e. transmission through air or vacuum

Landscapes

  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Electromagnetism (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Computer Networks & Wireless Communication (AREA)
  • Signal Processing (AREA)
  • Optical Communication System (AREA)

Description

  • HINTERGRUND DER ERFINDUNG
  • Gebiet der Erfindung
  • Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung für optische Kommunikation im Raum, die Kommunikation zwischen zwei räumlich getrennten Punkten durch Übertragen eines modulierten Lichtsignalstrahls in der Atmosphäre durchführt.
  • Stand der Technik
  • Im allgemeinen ermöglicht die Kommunikation, die Gebrauch von dem Lichtsignal macht, eine Übertragung von Information großer Kapazität mit hoher Geschwindigkeit, und insbesondere weist optische Kommunikation im Raum, die den freien Raum als Übertragungsmedium verwendet, die Vorteile höherer Portabilität und einfacherer Installation des Kommunikationskanals als die leitungsgebundene Kommunikation auf, die optischen Fasern und dergleichen verwendet. Die herkömmlichen Kommunikationsvorrichtungen benutzten automatische Nachführung (autotracking) zum Steuern des Emissionswinkels des Lichtstrahls, um zu verhindern, dass das Lichtsignal von der Vorrichtung abfällt, um die Zuverlässigkeit der optischen Kommunikation im Raum zu verbessern (siehe beispielsweise die EP 0724340 ).
  • 1 zeigt die Struktur einer Vorrichtung für optische Kommunikation im Raum mit einer Nachführungsfunktion, bei einem herkömmlichen Beispiel, bei dem eine Linse 1 für Übertragung und Empfang an einer einer Partnervorrichtung gegenüberliegenden Position platziert ist und bei der eine Linse 2 und ein bewegbarer Spiegel 3 im Strahlengang hinter der Linse 1 angeordnet sind. Ein Polarisationsstrahlteiler 4, eine Linse 5 und eine lichtemittierende Vorrichtung 6, die aus einer Halbleiterlaserlichtquelle oder dergleichen zusammengesetzt ist, sind in der Einfallsrichtung des bewegbaren Spiegels 3 angeordnet. Ein Strahlteilerspiegel 7, eine Linse 8 und ein Positionsdetektor 9 sind in der Reflexionsrichtung des Polarisationsstrahlteilers 4 angeordnet, und eine Linse 10 und ein lichtempfangendes Element 11 sind in der Reflexionsrichtung des Strahlteilerspiegels 7 angeordnet.
  • Der Ausgangsanschluss eines Multiplexers 12 ist mit der lichtemittierenden Vorrichtung 6 verbunden, der Ausgang des Eingangsanschlusses 13 für das übertragene Signal ist durch einen Verstärker 14 mit dem Multiplexer 12 verbunden, und der Ausgang des Oszillators 15 ist ebenfalls mit dem Multiplexer verbunden. Ferner ist der Ausgang des lichtempfangenden Elements 11 durch einen Verstärker 16 mit einem Ausgangsanschluss 17 für ein empfangenes Signal verbunden.
  • Der Ausgang des Positionsdetektors 9 ist mit einer Nachführungssteuerschaltung 18 verbunden, und der Ausgang der Nachführungssteuerschaltung 18 ist mit dem bewegbaren Spiegel 3 durch zwei Aktuatoren 19, 20 zum Verändern des Winkels des bewegbaren Spiegels 3 verbunden. Ein Kollimationsskop 21 für einen Inspektor, um die Kollimation der Achse sichtmäßig zu verifizieren, wird nahezu parallel zu der optischen Achse des bewegbaren Spiegels 3 bereitgestellt.
  • Anlässlich der Übertragung wird das übertragene Signal über den Eingangsanschluss 13 für das Übertragungssignal eingegeben, durch den Verstärker 14 verstärkt und ferner mit einem Signal von dem Oszillator 15 in dem Multiplexer 12 gemultiplext. Danach wird das resultierende Signal an die lichtemittierende Vorrichtung 6 ausgegeben. Die lichtemittierende Vorrichtung 6 Intensitäts-moduliert ihr Emissionslicht gemäß dem Eingangssignal, um es in ein Lichtsignal umzuwandeln. Der Strahl von der lichtemittierenden Vorrichtung 6 wird durch die Linse 5 zu dem Polarisationsstrahlenteiler 4 geführt. Da dieser Strahl parallel zur Zeichnungsebene polarisiert ist, wird er vom Polarisationsstrahlteiler 4 übertragen, wie er ist. Dann wird der Strahl am bewegbaren Spiegel 3 nach links reflektiert und läuft dann durch die Linsen 2, 1, um zur Partnervorrichtung emittiert zu werden.
  • Anlässlich des Empfangs fällt der Lichtstrahl von der Partnervorrichtung von links in die Linse 1 ein, läuft durch die Linse 2, um am bewegbaren Spiegel 3 reflektiert nach unten zu werden, und erreicht dann den Polarisationsstrahlteiler 4. Da dieser Strahl senkrecht zur Zeichnungsebene polarisiert ist, wird er nach rechts durch die Bondfläche des Polarisationsstrahlenteilers 4 reflektiert, um in zwei Richtungen durch den Strahlteilerspiegel 7 geteilt zu werden. Der durch den Strahlteilerspiegel 7 reflektierte Strahl läuft durch die Linse 10 und wird dann von dem lichtempfangenden Element 11 empfangen, um in ein elektrisches Signal umgewandelt zu werden. Danach wird das elektrische Signal auf einen geeigneten Pegel durch den Verstärker 16 verstärkt, und das verstärkte Signal wird von dem Ausgangsanschluss 17 für das empfangene Signal ausgegeben.
  • Andererseits wird der durch den Strahlteilerspiegel 7 übertragene Strahl durch die Linse 8 konvergiert, um als ein Bildfleck S durch den Positionsdetektor 9 empfangen zu werden. Der Positionsdetektor 9 erfasst die Position des Bildflecks S und gibt es als ein Positionssignal an die Nachführungssteuerschaltung 18 aus. Die Nachführungssteuerschaltung 18 berechnet einen Winkel des Lichtstrahls von der Partnervorrichtung mit Bezug auf den optischen Pfad der vorliegenden Vorrichtung basierend auf diesem Positionssignal und erzeugt Treibersignale für die Aktuatoren 19, 20. Die Aktuatoren 19, 20 stellen den Winkel des bewegbaren Spiegels 3 so ein, dass der Bildfleck S auf die Mitte des Positionsdetektors 9 fällt.
  • Mit dieser Einstellung wird die Position der lichtemittierenden Vorrichtung 6 ebenfalls eingestellt, wodurch der optische Pfad des emittierten Strahls in Übereinstimmung mit dem des einfallenden Strahls kommt. Daher wird der Lichtstrahl genau zu der Partnervorrichtung emittiert. Wenn die Vorrichtung dazu neigt, während der Kommunikation den optischen Pfad des empfangenen Lichts zu verschieben und die Position des Bildflecks S auf dem Positionsdetektor 9 von der Mitte zu verschieben, dann wird der bewegbare Spiegel 3 sofort bewegt, um den optischen Einfallpfad des Lichtstrahls sukzessiv zu korrigieren, um den Bildfleck S in der Mitte des Positionsdetektors 9 zu empfangen, wodurch der einfallende Lichtstrahl am Herausfallen aus der Vorrichtung gehindert wird.
  • Hier erfasst der Positionsdetektor 9 selektiv nur ein Wechselstrompilotsignal einer spezifischen Frequenz, um den Einfluss des Hintergrundlichtes um die Partnervorrichtung herum zu vermeiden, d.h., um zu verhindern, dass das Positionserfassungssignal zu dem starken Hintergrundlicht gezogen wird, um einen Fehler zu verursachen. Dieses Pilotsignal wird von dem Oszillator 15 erzeugt und mit dem Übertragungssignal in den Multiplexer 12 gemultiplext, um an die Partnervorrichtung übertragen zu werden.
  • 2 ist eine Vorderansicht eines in vier Abschnitte aufgeteilten Positionsdetektors 9. Die vier segmentären photodetektierenden Elemente 9a bis 9d erhalten die Position des Bildflecks S durch Vergleiche ihrer Ausgaben. 3 zeigt einen zweidimensionalen Lichtpositionsdetektor 9e, bei dem eine vertikale Position des Punktlichtes S auf diesem Positionsdetektor 9e durch eine Differenz zwischen Eingangsspannungen an dem positiven Eingangsanschluss und an dem negativen Eingangsanschluss des Verstärkers 22 und eine horizontale Position davon durch eine Differenz zwischen Eingangsspannungen an dem positiven Eingangsanschluss und an dem negativen Eingangsanschluss des Verstärkers 23 erfasst wird. In jedem der beiden Fälle von 2 und 3 fällt das Hintergrundlicht zusätzlich zu dem Lichtfleck S ebenfalls auf den Positionsdetektor 9a bis 9e ein, und die Komponenten der Frequenzen mit Ausnahme für die des Pilotsignals werden durch eine elektrische Schaltung, wie beispielsweise ein Filter oder ein Frequenz-selektiver Verstärker, an dem hinteren Ende des Positionsdetektors entfernt und nicht erfasst.
  • Die oben angegebene Nachführungsfunktion arbeitet nicht, es sei denn, dass der Lichtstrahl von der Partnervorrichtung in einem Pegel ankommt, der empfangen werden kann, und es sei denn, dass der Lichtfleck S auf einen Teil des Positionsdetektors 9 auffällt. Bei der Anfangseinstellung während der Installation der Vorrichtung fixiert eine Bedienungsperson den bewegbaren Spiegel 3 an einer Anfangsposition nahe dem Mittelpunkt und stellt die Richtung der Vorrichtung manuell ein, während die Partnervorrichtung durch das Kollimationsskop 21 beobachtet wird.
  • Die Vorrichtung für optische Kommunikation im Raum des oben beschriebenen herkömmlichen Beispiels weist jedoch die folgenden Probleme auf, da sie das Pilotsignal verwendet, um den Einfluss des Hintergrundlichtes zu vermeiden.
    • (1) Die Vorrichtung muss den Oszillator 15 und den Multiplexer 12 des Pilotsignals aufnehmen, und der Empfangsabschnitt muss die Schaltung aufweisen, um lediglich das Pilotsignal zu extrahieren. Daher sind die Kosten hoch.
    • (2) Da das Pilotsignal dem Übertragungssignal überlagert wird, erhält man eine Signalinterferenz, wie beispielsweise Intermodulation, aufgrund der Nicht-Linearität der lichtemittierende Vorrichtung 6, des lichtempfangenden Elements 11, des Verstärkers 16 usw. Dieses verschlechtert die Signalqualität.
    • (3) Um zu verhindern, dass sich das Frequenzband des Übertragungssignals mit dem des Pilotsignals überlappt, ist das Frequenzband des Übertragungssignals begrenzt. Da der Positionsdetektor 9 ferner normalerweise einen kleinen Photoempfangsbereich aufweist, muss die Anfangseinstellung mit Beobachten der Partnervorrichtung durch das Kollimationsskop 21 ausgeführt werden, um das Licht dazu zu bringen, korrekt einzufallen. Da die Positionsbeziehung mit Präzision zwischen dem Kollimationsskop 21 und dem Positionsdetektor 9 eingestellt werden muss, gibt es Kosten, die für die Installation und Einstellung des Kollimationsskop 21 notwendig sind.
  • Die JP 07 154 326 offenbart eine Vorrichtung für optische Übertragung, bei der das Signal und das Hintergrundlicht parallel ausgewählt und erfasst werden. Dies führt zu instabilen Ergebnissen im Fall von driftenden Empfängern.
  • ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
  • Eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, eine Vorrichtung für optische Kommunikation im Raum bereitzustellen, die den Einfluss des Hintergrundlichtes ohne Verwenden des Pilotsignals beseitigen kann, wobei die obigen Probleme gelöst werden.
  • Die obigen Probleme werden überwunden und die vorerwähnte Aufgabe wird durch die Vorrichtung für optische Kommunikation im Raum gemäß Anspruch 1 und dem Verfahren zum Einstellen eines Orientierungswinkels eines optischen Systems in einem System für optische Kommunikation im Raum gemäß Anspruch 10 erreicht. Die abhängigen Ansprüche beziehen sich auf weitere Entwicklungen.
  • KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
  • 1 ist ein Diagramm, um die Struktur der Vorrichtung für optische Kommunikation im Raum des herkömmlichen Beispiels zu zeigen;
  • 2 ist eine Vorderansicht eines Beispiels des Positionsdetektor;
  • 3 ist ein Diagramm, um die Struktur eines weiteren herkömmlichen Beispiels des Positionsdetektors zu zeigen;
  • 4 ist ein Diagramm, um die Struktur der ersten Ausführungsform der Vorrichtung für optische Kommunikation im Raum gemäß der vorliegenden Erfindung zu zeigen;
  • 5A, 5B und 5C sind graphische Darstellungen zum Erläutern der Beseitigung des Einflusses des Hintergrundlichtes; und
  • 6 ist ein Diagramm, um die Struktur der zweiten Ausführungsform zu zeigen.
  • AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORMEN
  • Die vorliegende Erfindung wird ausführlich durch Bezug auf die in
  • 4 bis 6 dargestellten Ausführungsformen beschrieben.
  • 4 ist ein Diagramm, um die Struktur der ersten Ausführungsform der Vorrichtung für optische Kommunikation im Raum gemäß der vorliegenden Erfindung zu zeigen, bei der eine Linse 30 zur Übertragung und Empfang an der der Partnervorrichtung gegenüberliegenden Position angeordnet ist, und bei der eine Linse 31 und ein bewegbarer Spiegel 32 an dem optischen Pfad hinter dieser Linse 30 platziert sind. An dem optischen Pfad in der Einfallsrichtung des bewegbaren Spiegels 32 gibt einen Polarisationsstrahlteiler 33, der eine Funktion für einen Lichtstrahl des infraroten Wellenlängenbereichs, wie beispielsweise ein Signallicht, aufweist, um die Polarisationskomponente parallel zu der Ebene der Zeichnung zu übertragen, jedoch die Polarisationskomponente senkrecht zu der Ebene der Zeichnung durch ihre Kombinationsfläche zu reflektieren, eine Linse 34 und eine lichtemittierende Vorrichtung 35, wie beispielsweise einen Halbleiterlaser, zum Emittieren eines Lichtstrahls des infraroten Wellenlängenbereichs, und die Ausgabe des Eingangsanschlusses 36 für das übertragene Signal ist durch einen Verstärker 37 mit der lichtemittierenden Vorrichtung 35 verbunden.
  • Ein Lichtteilungsspiegel 38 ist in der Reflexionsrichtung des Polarisationsstrahlenteilers 33 platziert. An dem optischen Pfad in der Reflexionsrichtung des Strahlteilerspiegels 38 gibt es eine Linse 39 und ein lichtempfangendes Element 40, wie beispielsweise eine Lawinenphotodiode oder eine pin-Diode, und die Ausgabe des lichtempfangendes Element 40 wird durch einen Verstärker 41 mit dem Ausgangsanschluss 42 für ein empfangenes Signal verbunden.
  • An dem optischen Pfad in der Richtung der Übertragung des Strahlteilerspiegels 38 sind der Reihe nach eine Flüssigkristallschicht 43, eine polarisierende Platte 44 zum Übertragen von polarisiertem Licht senkrecht zu der Ebene der Zeichnung, eine Linse 45 und eine CCD-Bildgebungsvorrichtung 46 angeordnet, die als ein Positionsdetektor und als ein Finder für die Kollimation dient. Die Ausgabe der Flüssigkristallsteuereinheit 47 ist mit der Flüssigkristallschicht 43 verbunden. Die Flüssigkristallschicht 43 und die polarisierende Platte 44 können zwischen der Linse 45 und der CCD-Bildgebungsvorrichtung 46 positioniert sein.
  • Die Ausgabe der CCD-Bildgebungsvorrichtung 46 ist sukzessiv mit einer CCD-Steuerschaltung 48, einem A/D-Wandler 49, einem Bildspeicher 50, einem Subtrahierer 51 und einer Nachführungssteuereinheit 52 gekoppelt. Die Ausgabe der CCD-Steuereinheit 48 ist ebenfalls mit einem Findermonitoranschluss 53 verbunden, und die Ausgabe des A/D-Wandlers 49 ist ebenfalls direkt mit dem Subtrahierer 51 verbunden. Die Ausgabe der Nachführungssteuereinheit 52 ist durch zwei Aktuatoren 54, 55 mit dem bewegbaren Spiegel 32 und ebenfalls mit der Flüssigkristallsteuereinheit 47 und dem Bildspeicher 50 verbunden.
  • Anlässlich der Übertragung wird das Übertragungssignal über den Eingangsanschluss 36 für das Übertragungssignal eingegeben, und das Üertragungssignal wird durch den Verstärker 37 verstärkt, um an die lichtemittierende Vorrichtung 35 ausgegeben zu werden. Das Übertragungssignal wird in ein Lichtsignal in der lichtemittierenden Vorrichtung 35 umgewandelt, und das Lichtsignal wird durch die Linse 34 zu dem Polarisationsstrahlenteiler 33 geführt. Da dieser Strahl parallel zur Zeichnungsebene polarisiert ist, wird der Strahl durch den Polarisationsstrahlenteiler 33 übertragen, wie er ist, und dann nach links durch den bewegbaren Spiegel 35 reflektiert, um durch die Linsen 31, 32 zu der Partnervorrichtung emittiert zu werden.
  • Beim Empfang fällt der Lichtstrahl von der Partnervorrichtung in die Linse 30 von links ein, läuft durch die Linse 31, um nach unten durch den bewegbaren Spiegel 32 reflektiert zu werden, und erreicht dann den Polarisationsstrahlteiler 33. Da dieser Strahl senkrecht zur Zeichnungsebene polarisiert ist, wird der Strahl nach rechts durch die Bondoberfläche des Polarisationsstrahlteilers 33 reflektiert und dann durch den Strahlteilerspiegel 38 in zwei Richtungen geteilt. Der durch den Strahlteilerspiegel 38 reflektierte Strahl wird durch die Linse 39 geführt und dann von dem lichtempfangenden Element 40 empfangen, um in ein elektrisches Signal umgewandelt zu werden. Danach wird das elektrische Signal auf einen geeigneten Pegel durch den Verstärker 41 verstärkt, und das verstärkte Signal wird von dem Ausgangsanschluss 42 für das empfangene Signal ausgegeben.
  • Da der durch den Strahlteilerspiegel 38 übertragene Strahl andererseits senkrecht zur Zeichnungsebene in einem Zustand polarisiert ist, bei dem keine Spannung an die Flüssigkristallschicht 43 durch ein Zeitsteuersignal T von der Nachführungssteuerschaltung 52 angelegt wird, läuft der Strahl durch die Flüssigkristallschicht 43 und die polarisierende Platte 44 mit geringer Abschwächung, läuft dann durch die Linse 45 und tritt in die CCD-Bildgebungsvorrichtung 46 ein. Das Hintergrundlicht läuft ebenfalls auf dem gleichen optischen Pfad, um in die CCD-Bildgebungsvorrichtung 46 einzutreten, wobei es jedoch auf die halbe Intensität während der Übertragung durch die polarisierende Platte 44 abgeschwächt wird, weil das Hintergrundlicht sämtliche Polarisationskomponenten umfasst, und der Polarisationsstrahlteiler 33 als ein typischer Strahlteiler für den Lichtstrahl des infraroten Wellenlängenbereichs, wie beispielsweise dem Hintergrundlicht, arbeitet. Das empfangene Signallicht und das auf die CCD-Bildgebungsvorrichtung 46 einfallende Hintergrundlicht wird in ein Videosignal durch die CCD-Steuerschaltung 48 umgewandelt, und das Videosignal wird durch den A/D-Wandler 49 in ein Digitalsignal umgewandelt. Videoinformation eines Felds oder eines Frames wird in den Bildspeicher 50 gespeichert. Eine Linie längs der Zeitachse nahe dem zentralen Teil der somit geschriebenen Bildinformation ist beispielsweise, wie in 5A dargestellt. Die Spitze in dem zentralen Teil ist das empfangene Signallicht.
  • Wenn die Spannung an die Flüssigkristallschicht 43 angelegt wird, kommt die Flüssigkristallschicht 43 dazu, eine optische Rotationsleistung aufzuweisen, sodass sich die Polarisationsrichtung der des dadurch übertragenen Lichts um 90°C dreht. Als Ergebnis läuft das meiste des empfangenen Signallichts nicht durch die polarisierende Platte 44, wohingegen das Hintergrundlicht ebenfalls auf die halbe Intensität abgeschwächt wird. Daher gibt es keine Änderung in der Intensität des Hintergrundlichts zwischen vor und nach der Anlegung der Spannung an die Flüssigkristallschicht 43. Demgemäß fällt nur das Hintergrundlicht auf die CCD-Bildgebungsvorrichtung 46 ein, und das Bildsignal wird als ein Signal D2 über die CCD-Steuerschaltung 48 und den A/D-Wandler 49 zu dem Subtrahierer 51 gesendet. Das in den Bildspeicher 50 geschriebene Bildsignal wird andererseits mit der gleichen Zeitsteuerung gelesen, um als ein Signal D1 an den Subtrahierer 51 gesendet zu werden. Der Subtrahierer führt eine Subtraktion zwischen dem Signal D2 und dem Signal D1 durch Hardware mittels einer Logikschaltung oder durch Software mittels der CPU durch und gibt das Ergebnis aus.
  • Das Signal der 5A entsprechenden Leitung in dem Signal D2 umfasst das Hintergrundlicht und das Signallicht, während ein Signal einer 5B entsprechenden Leitung fast nur das gleiche Hintergrundlicht jedoch kein Signallicht aufweist. Da es wenig Unterschied zwischen den Erfassungszeiten des Signals von 5A und des Signals von 5B gibt, gibt es wenig Änderung in dem Hintergrundlicht während der Spanne zwischen den Erfassungszeiten. Die Subtraktion zwischen ihnen beseitigt die Komponenten des Hintergrundlichts und extrahiert nur das Signallicht, um das Signal zu erhalten, wie in 5C dargestellt ist. Dieses Signal wird als ein Signal D3 an die Nachführungssteuerschaltung 52 ausgegeben. Die Nachführungssteuerschaltung 52 prüft die Position der Spitze des Signals D3, um die Position des Signallichtpunkts zu erfassen. Da das Signal D3 frei von dem Rauschen aufgrund der Komponenten des Hintergrundlichts ist, kann die Spitzenposition ohne weiteres und mit Genauigkeit erfasst werden. Dieses Verfahren ist ebenfalls frei von dem Fehler, der verursacht wird, wenn das Positionserfassungsergebnis zu dem starken Hintergrundlicht gezogen wird.
  • Die Zeitsteuerung für die Übertragung/Nicht-Übertragung des Signallichtes durch das Signal-selektive Mittel und die Zeitsteuerung des Lesens/Schreibens von dem oder in den Bildspeicher 50 wird durch das Zeitsteuersignal T von der Nachführungssteuerschaltung 52 durchgeführt. Die Nachführungssteuerschaltung 52 erzeugt Treibersignale für die Aktuatoren 54, 55 basierend auf dem erfassten Positionssignal, wodurch der Winkel des bewegbaren Spiegels 32 auf die gleiche Art und Weise wie bei dem herkömmlichen Beispiel eingestellt wird.
  • Das Videosignal von der CCD-Steuerschaltung 48 wird abgezweigt, um an den Findermonitoranschluss 53 ausgegeben zu werden. Ein Fernsehmonitor kann mit dem Findermonitoranschluss 53 verbunden sein, um das von der CCD-Bildgebungsvorrichtung 46 aufgenommene Bild zu beobachten. Dies macht die Notwendigkeit für das Kollimationsskop überflüssig und ermöglicht die Beobachtung von einem fernen Platz mittels eines Verlängerungskabels.
  • 6 ist ein Diagramm, um die Struktur der zweiten Ausführungsform zu zeigen, bei der ein Positionsdetektor 56, der den vier segmentären Elementen 9a bis 9d von 2 oder dem zweidimensionalen Lichtpositionsdetektor 9e von 3 bei dem herkömmlichen Beispiel ähnlich ist, als der Positionsdetektor 9 verwendet wird. Die Ausgabe des Positionsdetektors 56 ist mit der Nachführungssteuerschaltung 57 verbunden, die dem herkömmlichen Beispiel ähnlich ist, und die vorliegende Ausführungsform verwendet nicht die CCD-Bildgebungsvorrichtung 46, die CCD-Steuerschaltung 48, den A/D-Wandler 49, den Bildspeicher 50, den Subtrahierer 51 und die Nachführungssteuerschaltung 52 der ersten Ausführungsform. Die Vorrichtung der vorliegenden Ausführungsform ist mit einem Kollimationsskop 58 ähnlich dem herkömmlichen Beispiel ausgestattet, und die vorliegende Ausführungsform verwendet nicht den Pilotsignaloszillator 55 und den Multiplexer 12 des herkömmlichen Beispiels. Die weitere Struktur ist der der ersten Ausführungsform ähnlich, und die gleichen Elemente werden durch die gleichen Symbole bezeichnet.
  • Zuerst läuft in dem Zustand, bei dem die Spannung nicht an die Flüssigkristallschicht 43 angelegt wird, sowohl das empfangene Signallicht als auch das Hintergrundlicht durch die Flüssigkristallschicht 43 und die polarisierende Platte 44, um in den Positionsdetektor 56 einzutreten. Zu dieser Zeit gibt der Positionsdetektor 56 ein Positionserfassungssignal aus, das eine Position darstellt, die dem Schwerpunkt der Intensitätsverteilung des Lichts entspricht, das die Überlagerung des empfangenen Signallichts und des Hintergrundlichts ist.
  • Die Nachführungssteuerschaltung 57 speichert dieses Signal vorübergehend in dem Speicher der CPU. Da die zu speichernde Informationsmenge gering ist, ist ein zusätzlicher Speicher – ähnlich dem bei der ersten Ausführungsform – nicht notwendig. Als nächstes wird die Spannung an die Flüssigkristallschicht 43 angelegt, um das empfangene Signallicht abzufangen, sodass lediglich das Hintergrundlicht auf den Positionsdetektor 56 einfällt. Die Ausgabe von dem Positionsdetektor 56 stellt zu dieser Zeit die Position des Schwerpunkts der Intensitätsverteilung des Hintergrundlichts dar. Die Nachführungssteuerschaltung 57 subtrahiert das lediglich aus dem Hintergrundlicht resultierende Positionssignal, das zu dieser Zeit erhalten wird, von dem Positionssignal, das von der Überlagerung des empfangenen Signallichts und des zuvor gespeicherten Hintergrundlichts resultiert, wodurch ein Positionssignal lediglich der Komponente des empfangenen Signallichts erhalten wird, wobei sich die Hintergrundlichtkomponenten gegenseitig kompensieren. Dies ermöglicht lediglich eine genaue Positionserfassung des empfangenen Signallichts unabhängig von dem Zustand des Hintergrundlichts.
  • Die vorliegende Erfindung muss das Kollomationsskop 58 aufnehmen, wobei sie jedoch das Pilotsignal nicht verwenden muss. Daher ist die vorliegende Ausführungsform frei von der Signalverschlechterung aufgrund der Interferenz des Pilotsignals und der Beschränkung des Signalfrequenzbands.
  • Zusätzlich zu der Kombination der Flüssigkristallschicht 43 und der polarisierende Platte 44 bei der ersten und zweiten Ausführungsform gibt es die folgenden Verfahren als das Signalauswahlmittel zum Übertragen/Abfangen lediglich des empfangenen Signallichts mit einem gewünschten Zeitsteuerung, ohne die Intensität des auf den Positionsdetektor 56 einfallenden Hintergrundlichts zu beeinflussen.
    • (1) Eine Halbwellenplatte wird statt der Flüssigkristallschicht 43 verwendet, und die Halbwellenplatte dreht die Polarisationsebene des aufkommenden Lichtes um einen Winkel gleich dem doppelten des Winkels zwischen der Polarisationsrichtung des einfallenden Lichtes und der kristallographischen Achse. Daher kann das Umschalten zwischen Übertragung und Abfangung des Signallichtes durch Drehen der Halbwellenplatte 45° um die optische Achse des optischen Systems (Linse 45) bewirkt werden.
    • (2) Nur die polarisierende Platte 44 wird ohne Verwenden der Flüssigkristallschicht 43 verwendet, und die polarisierende Platte 44 ist angeordnet, damit sie sich um die optische Achse des optischen Systems (Linse 45) zu drehen vermag. Das Umschalten zwischen Übertragung und Abfangung des Signallichtes kann durch Drehen der Polarisationsplatte um 90° erreicht werden.
    • (3) Das Signallicht ist normalerweise Licht in dem infraroten Wellenlängenbereich des Halbleiterlaserlichtes oder dergleichen, wohingegen das Hintergrundlicht hauptsächlich Licht in dem sichtbaren Wellenlängenbereich ist. Demgemäß kann statt der Kombination der Flüssigkristallschicht 43 mit der polarisierende Platte 44 ein Wellenlängenselektives optisches Filter, das sichtbares Licht überträgt, jedoch rotes Licht beschneidet, auf dem empfangenen Lichtpfad zwischengeschaltet sein, wodurch das Umschalten von Übertragung auf Abfangung nur für das Signallicht erreicht werden kann. Als Beispiel kann das Umschalten zwischen Übertragung und Abfangung eines Signals durch Verwenden einer Glasscheibenplatte, wobei ein halbkreisförmigen Teils davon als ein Wellenlängenübertragungsfilter verarbeitet wird, und durch Drehen der Glasscheibenplatte um dessen optische Achse erreicht werden.
  • Die obigen Ausführungsformen werden als die Vorrichtung für optische Kommunikation im Raum verkörpert, die die Autonachführungsfunktion aufweist, wobei jedoch die vorliegende Erfindung ebenfalls auf ein Winkelerfassungsverfahren einer Vorrichtung angewendet werden kann, die angepasst ist, um die Einstellung des Winkels mit der Hand ohne die Autonachführungsfunktion durchzuführen. In diesem Fall wird die Einstellarbeit manuell durch Einstellen des Winkels ausgeführt, während eine Angabe eines Messgeräts oder einer Anzeige von Zahlen oder dergleichen der Ausgabe von dem Positionsdetektor 46, 56 usw., beobachtet wird, wodurch eine genaue Winkeleinstellung erreicht werden kann, ohne durch das Hintergrundlicht, wie in dem Fall der automatischen Nachführung, beeinflusst zu werden.
  • Wie oben beschrieben ist, kann die Vorrichtung für optische Kommunikation im Raum gemäß der vorliegenden Erfindung die genaue Winkelerfassung mit niedrigen Kosten durchführen, ohne das Pilotsignals für die Winkelerfassung zu verwenden und ohne durch das Hintergrundlicht beeinflusst zu werden, und die Vorrichtung kann optische Kommunikation mit hoher Genauigkeit durchführen, da das übertragene/empfangene Signal von dem Pilotsignal nicht beeinflusst wird.

Claims (10)

  1. Vorrichtung für optische Kommunikation im Raum zum Durchführen einer Kommunikation mit einer Partnervorrichtung durch Übertragen eines Lichtsignals im freien Raum, wobei die Vorrichtung für optische Kommunikation im Raum und die Partnervorrichtung an zwei Positionen in räumlichem Abstand einander gegenüberliegend angeordnet sind, wobei die Vorrichtung für optische Kommunikation im Raum umfasst: ein Erfassungsmittel (45, 46, 56) zum Erfassen eines Strahls; ein optisches System (30, 31, 32) zum Übertragen eines Lichtsignals, wenn eine Kommunikation mit der Partnervorrichtung durchgeführt wird; und ein Steuermittel (54) zum Einstellen eines Orientierungswinkels des optischen Systems, gekennzeichnet durch desweiteren ein Signalauswahlmittel (43, 44) zum Auswählen und Abfangen von ankommenden Licht einschließlich eines Lichtstrahls von der Partnervorrichtung und Hintergrundlicht auf einem optischen Pfad zu dem Erfassungsmittel; ein Signalausgabemittel (49, 50, 51, 52, 57) zum Vergleichen eines Ausgangssignals (D2), das von dem Erfassungsmittel ausgegeben wird, wenn das Signalauswahlmittel den Lichtstrahl von der Partnervorrichtung abfängt, mit einem Ausgangssignal (D1), das von dem Erfassungsmittel ausgegeben wird, wenn das Signalauswahlmittel den Lichtstrahl von der Partnervorrichtung nicht abfängt, und zum Ausgeben eines Signals (D3), das eine Differenz zwischen den besagten Ausgangssignalen darstellt; und das Steuermittel den Orientierungswinkel des optischen Systems, basierend auf dem Signal von dem Signalausgabemittel, einstellt.
  2. Vorrichtung gemäß Anspruch 1, bei der das Erfassungsmittel (46) eine CCD-Bildgebungsvorrichtung ist.
  3. Vorrichtung gemäß Anspruch 1, bei der das Erfassungsmittel (56) ein viergeteilter Photodetektor ist.
  4. Vorrichtung gemäß Anspruch 1, bei der das Erfassungsmittel (56) ein zweidimensionaler Lichtpositionsdetektor ist.
  5. Vorrichtung gemäß Anspruch 1, bei der das Signalauswahlmittel (43, 44) eine Flüssigkristallschicht (43) und eine Polarisationsplatte (44) umfasst.
  6. Vorrichtung gemäß einem der Ansprüche 1 bis 4, bei der das Erfassungsmittel (45, 46) ein zusätzliches optisches System (45) umfasst, und wobei das Signalauswahlmittel eine Halbwellenplatte, die sich um eine Rotationsachse längs der optischen Achse des zusätzlichen optischen Systems zu drehen vermag, und eine Polarisationsplatte (44) umfasst.
  7. Vorrichtung gemäß einem der Ansprüche 1 bis 4, bei der das Erfassungsmittel (45, 56) ein zusätzliches optisches System (45) umfasst, und wobei das Signalauswahlmittel eine Polarisationsplatte (44) umfasst, die sich um eine Rotationsachse längs der optischen Achse des zusätzlichen optischen Systems zu drehen vermag.
  8. Vorrichtung gemäß einem der Ansprüche 1 bis 7, bei der das Signalauswahlmittel ein Wellenlängen-selektives optisches Filter umfasst, das bezüglich eines empfangenen Lichtpfades von einem dazwischen liegenden Zustand in einen nicht dazwischen liegenden Zustand umgeschaltet zu werden vermag und umgekehrt.
  9. Vorrichtung gemäß einem der Ansprüche 1 bis 8, bei der das optische System einen bewegbaren Spiegel (32) umfasst.
  10. Verfahren zum Einstellen eines Orientierungswinkels eines optischen Systems (30, 31, 32) in einem System für optische Kommunikation im Raum zum Durchführen einer Kommunikation mit einer Partnervorrichtung durch Übertagen eines Lichtsignals im freien Raum, wobei das System für optische Kommunikation im Raum und die Partnervorrichtung an zwei Positionen in räumlichem Abstand einander gegenüberliegend angeordnet sind, wobei das Verfahren umfasst: einen Schritt zum Auswählen und Abfangen eines Strahls, der einen Lichtstrahl von der Partnervorrichtung und Hintergrundlicht umfasst, durch ein Signalauswahlmittel (43, 44); einen Schritt zum Erfassen eines Strahls über das Signalauswahlmittel durch ein Erfassungsmittel (45, 46, 56); einen Schritt zum Vergleichen eines Ausgangssignals, das von dem Erfassungsmittel ausgegeben wird, wenn das Signalauswahlmittel den Lichtstrahl von der Partnervorrichtung abfängt, mit einem Ausgangssignal, das von dem Erfassungsmittel ausgegeben wird, wenn das Signalauswahlmittel den Lichtstrahl von der Partnervorrichtung nicht abfängt, und zum Ausgeben eines Signals, das eine Differenz zwischen den Ausgangssignalen von dem Signalausgabemittel darstellt; und ein Schrittsystem zum Einstellen des Orientierungswinkels des optischen Systems, basierend auf dem Signal von dem Signalausgabemittel.
DE69830695T 1997-10-24 1998-10-22 Gerät zur optischen Übertragung im freien Raum Expired - Lifetime DE69830695T2 (de)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP30979697 1997-10-24
JP30979697 1997-10-24

Publications (2)

Publication Number Publication Date
DE69830695D1 DE69830695D1 (de) 2005-08-04
DE69830695T2 true DE69830695T2 (de) 2005-12-29

Family

ID=17997353

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
DE69830695T Expired - Lifetime DE69830695T2 (de) 1997-10-24 1998-10-22 Gerät zur optischen Übertragung im freien Raum

Country Status (3)

Country Link
US (1) US6507424B2 (de)
EP (1) EP0911996B1 (de)
DE (1) DE69830695T2 (de)

Families Citing this family (18)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2001203641A (ja) * 2000-01-20 2001-07-27 Nec Corp 空間光伝送装置
US6834164B1 (en) * 2000-06-07 2004-12-21 Douglas Wilson Companies Alignment of an optical transceiver for a free-space optical communication system
US6944403B2 (en) * 2000-06-09 2005-09-13 Shlomo Margalit MEMS based over-the-air optical data transmission system
US6763196B2 (en) * 2001-02-02 2004-07-13 Trex Enterprises Corporation Laser communication system with source tracking
GB2384635A (en) * 2002-01-28 2003-07-30 Phillip Andrew Haley Infrared CCD video camera optical communication system
US7292788B2 (en) * 2003-01-31 2007-11-06 Lockheed Martin Corporation Multi-beam laser communications system and method
JP4393094B2 (ja) * 2003-04-10 2010-01-06 キヤノン株式会社 光学系
US7277641B1 (en) 2003-05-06 2007-10-02 Ball Aerospace & Technologies Corp. Multiple access space communications optical system using a common telescope aperture
US7668468B1 (en) 2004-10-01 2010-02-23 Ball Aerospace & Technologies Corp. Numerous user laser communications optical system using chromatic waveplates and a common telescope aperture
US7646986B2 (en) * 2006-04-27 2010-01-12 Panasonic Corporation Optical receiving device and optical receiving method
US8488972B2 (en) * 2006-05-30 2013-07-16 Tai-Her Yang Directional control/transmission system with directional light projector
FR2936893B1 (fr) * 2008-10-06 2010-11-19 Astrium Sas Ensemble d'emission-reception optique avec controle de la direction d'emission
WO2014136421A1 (ja) * 2013-03-04 2014-09-12 日本電気株式会社 送受信装置、光空間伝送システムおよび送受信方法
US10371508B1 (en) * 2018-04-04 2019-08-06 X Development Llc Method for alignment of phase-sensitive tracking systems using variable delay offsets
JP7372783B2 (ja) 2019-08-26 2023-11-01 株式会社Subaru 自由空間光通信用受信機
US10841007B1 (en) * 2019-12-19 2020-11-17 Bae Systems Information And Electronic Systems Integration Inc. Full duplex laser communication terminal architecture without dedicated beacon laser
US11009595B1 (en) 2020-11-13 2021-05-18 Bae Systems Information And Electronic Systems Integration Inc. Continuously variable optical beam splitter
US11002956B1 (en) 2020-11-19 2021-05-11 Bae Systems Information And Electronic Systems Integration Inc. Refractive laser communication beam director with dispersion compensation

Family Cites Families (12)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
GB8531150D0 (en) * 1985-12-18 1986-01-29 Smiths Industries Plc Optical multiplex systems
JPH01289328A (ja) * 1988-05-17 1989-11-21 Stanley Electric Co Ltd 光信号用受信装置
JP2705104B2 (ja) * 1988-05-20 1998-01-26 ソニー株式会社 送信装置
US5045843B1 (en) * 1988-12-06 1996-07-16 Selectech Ltd Optical pointing device
US5347387A (en) * 1992-03-24 1994-09-13 Rice Robert C Self-aligning optical transceiver
US5710652A (en) * 1992-08-27 1998-01-20 Trex Communications Laser communication transceiver and system
JP3323651B2 (ja) * 1993-09-24 2002-09-09 キヤノン株式会社 光空間通信装置
JPH07154326A (ja) * 1993-11-30 1995-06-16 Tokai Rika Co Ltd 光伝送手段
US5680239A (en) * 1994-03-14 1997-10-21 Pro-Optical Technologies, Inc. Fiber optic multiplexer and demultiplexer system
JP3311187B2 (ja) * 1995-01-26 2002-08-05 キヤノン株式会社 双方向光空間伝送装置
US5658490A (en) * 1995-04-07 1997-08-19 Board Of Regents Of The University Of Colorado Liquid crystal achromatic compound retarder
GB9713575D0 (en) * 1997-06-26 1997-09-03 Plessey Telecomm Filter selector

Also Published As

Publication number Publication date
DE69830695D1 (de) 2005-08-04
EP0911996A2 (de) 1999-04-28
US6507424B2 (en) 2003-01-14
US20020080452A1 (en) 2002-06-27
EP0911996B1 (de) 2005-06-29
EP0911996A3 (de) 2003-07-30

Similar Documents

Publication Publication Date Title
DE69830695T2 (de) Gerät zur optischen Übertragung im freien Raum
EP1351070B1 (de) Elektrooptisches para-axiales Distanzmesssystem
DE69736856T2 (de) Überwachung von nichtlinearen Effekten in einem optischen Übertragungssystem
DE3203613A1 (de) Entfernungsmessvorrichtung
EP0168351B1 (de) Laser-Pattern-Generator und Verfahren zu dessen Betrieb
DE2829277B2 (de) Einen optischen Strahlerzeugende Sendeanlage mit einem Phasenschieber-System zur Kompensation räumlicher Phasenverzerrungen
DE2512321A1 (de) Geraet zur bestimmung der abweichung einer referenzoberflaeche von einer vorgeschriebenen nennstellung
EP1679808B1 (de) System zur bidirektionalen optischen Vollduplex-Freiraum-Datenübertragung
EP0844748B1 (de) Verfahren und Vorrichtung zur optischen Uebertragung von Daten über Freiraumstrecken
DE102004017493B4 (de) Optisches Kommunikationssystem und Freiraumoptikkommunikationsgerät
EP1378074B1 (de) Vorrichtung und eine anlage zur optischen übertrangung von daten zwischen satelliten
EP1111816B1 (de) Verfahren und Anordnung zum Verbindungsaufbau zwischen Satelliten
DE3807659C2 (de)
DE102004014465B4 (de) Optische Übertragungsvorrichtung
DE60121746T2 (de) Bildaufnahmeeinrichtung
DE3933062A1 (de) Laser-rasterabtastvorrichtung
DE1798215B1 (de) Laser entfernungsmessgeraet
DE19547552C1 (de) Vorrichtung zur Bestimmung des Polarisationszustandes empfangener Strahlung
DE19957236A1 (de) Elektro-Optische Abtast-Sondiervorrichtung
DE102005033422A1 (de) Einrichtung zur zweiseitigen optischen Kommunikation
DE102004014980A1 (de) Optische Übertragungsvorrichtung
EP0218613A1 (de) Anordnung zur ausrichtung, prüfung und/oder vermessung zweidimensionaler objekte.
CN107192453A (zh) 一种用于水下的非线性光谱成像系统与方法
DE3141991C2 (de)
DE10017074A1 (de) Elektro-Optische Abtastsonde und ein Verfahren zur Einstellung derselben

Legal Events

Date Code Title Description
8364 No opposition during term of opposition